PMT批量測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)化與PMT環(huán)境效應(yīng)研究.pdf

1、光電倍增管(PMT)是一種非常靈敏的光探測(cè)器件，能夠探測(cè)到單個(gè)光子，自被發(fā)明到現(xiàn)在已有幾十年的發(fā)展歷史。光電倍增管接受外界輸入的光信號(hào)，通過(guò)光電效應(yīng)將光子轉(zhuǎn)化成光電子，并利用倍增極對(duì)電子數(shù)進(jìn)行倍增后輸出電信號(hào)。PMT在粒子物理實(shí)驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用，其性能參數(shù)是影響實(shí)驗(yàn)精度的重要因素，因此需要對(duì)其性能參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量和標(biāo)定。
　　 大型高海拔空氣簇射觀測(cè)站(LHAASO)是由宇宙線探測(cè)實(shí)驗(yàn)，其主探測(cè)器列陣KM2A中也使用到光電倍增管

2、。山東大學(xué)自2009年開(kāi)始參與LHAASO實(shí)驗(yàn)，承擔(dān)著為L(zhǎng)HAASO實(shí)驗(yàn)測(cè)試5000支光電倍增管的任務(wù)，搭建了光電倍增管性能參數(shù)批量測(cè)試系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的建設(shè)，光電倍增管性能參數(shù)批量測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，而且具備了完備的測(cè)試功能，能實(shí)現(xiàn)單光電子峰、高壓響應(yīng)、均勻性、非線性、暗電流計(jì)數(shù)率等的測(cè)試，完全滿(mǎn)足LHAASO實(shí)驗(yàn)的需求。并且測(cè)試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)16支光電倍增管的同時(shí)測(cè)試，大大提高了測(cè)試效率。
　　 光電倍增管性能參數(shù)批量測(cè)試系統(tǒng)

3、軟硬件搭建完畢后，為進(jìn)一步保證測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定、可靠，應(yīng)將系統(tǒng)的測(cè)試誤差盡可能的降至最低，為此對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行了標(biāo)定。首先，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)LED光源進(jìn)行了標(biāo)定，LED光源的標(biāo)定包括其長(zhǎng)時(shí)間工作的穩(wěn)定性測(cè)試和溫度對(duì)LED光源發(fā)光強(qiáng)度的影響測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明LED在持續(xù)2個(gè)小時(shí)的的發(fā)光情況下，保持較高的穩(wěn)定性，發(fā)光強(qiáng)度變化在4％以?xún)?nèi);溫度對(duì)LED發(fā)光強(qiáng)度有較大的影響，LED發(fā)光強(qiáng)度隨著溫度升高而減弱，溫度從10℃升至40℃，發(fā)光強(qiáng)度變化8

4、％。其次，對(duì)VME插件QDC(CAEN-V965)進(jìn)行了標(biāo)定，使用示波器和QDC兩種方法分別去測(cè)試方波信號(hào)的電荷量，由于示波器對(duì)特殊信號(hào)（方波）的測(cè)試結(jié)果精確度較高，所以用示波器的測(cè)試結(jié)果去標(biāo)定QDC，實(shí)驗(yàn)得到了QDC每一個(gè)channel所對(duì)應(yīng)的每一道所代表的電荷量的精確值。再次，對(duì)測(cè)試暗箱中的16個(gè)PMT放置位置處的光強(qiáng)進(jìn)行了相對(duì)標(biāo)定，測(cè)試得到暗箱中的16個(gè)位置中絕大多數(shù)光強(qiáng)都很接近，個(gè)別位置處光強(qiáng)過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱。最后，測(cè)試了PMT動(dòng)態(tài)范

5、圍和暗噪聲計(jì)數(shù)率，使用結(jié)合改變LED發(fā)光強(qiáng)度和距離的方法，實(shí)現(xiàn)了在較大范圍內(nèi)PMT線性區(qū)間的測(cè)試;實(shí)驗(yàn)測(cè)試了暗噪聲計(jì)數(shù)率，主要測(cè)試暗噪聲計(jì)數(shù)率隨閾值的變化和暗噪聲計(jì)數(shù)率隨PMT工作增益的變化，工作增益越高PMT暗噪聲信號(hào)越強(qiáng)，如工作增益在106時(shí)，閾值設(shè)置在-3mV時(shí)，暗噪聲計(jì)數(shù)率在100Hz以下，而增益為107時(shí)，閾值設(shè)置在-15mV時(shí)才能保證暗噪聲計(jì)數(shù)率在100Hz以下。
　　 PMT的環(huán)境效應(yīng)研究主要包括溫度效應(yīng)測(cè)試和PM

6、T地磁效應(yīng)測(cè)試。首先，測(cè)試溫度對(duì)PMT的影響，其中包括溫度對(duì)光電倍增管增益和暗噪聲數(shù)率的影響。測(cè)試溫度范圍從5℃至45℃，結(jié)果顯示PMT絕對(duì)增益隨溫度上升而下降，下降幅度約為0.3％/℃;暗電流計(jì)數(shù)率隨溫度的上升而上升，尤其是當(dāng)溫度超過(guò)30℃時(shí)，暗噪聲計(jì)數(shù)率隨著溫度上升開(kāi)始急劇的增加，增長(zhǎng)速度明顯高于之前。其次，測(cè)試了地磁場(chǎng)對(duì)PMT的影響，主要包括地磁對(duì)單光電子峰的影響、對(duì)多光電子情況的影響，以及不同工作高壓下受地磁場(chǎng)影響的大小，并且進(jìn)